在過去的幾十年里,，軟件定義的射頻測試系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)成為主流。如今,，幾乎所有商業(yè)現(xiàn)成的（COTS）自動化射頻測試系統(tǒng)都使用應(yīng)用軟件通過總線接口與儀器進(jìn)行通信,。射頻應(yīng)用變得越來越為復(fù)雜，工程師們正面臨增強(qiáng)功能性且不增加測量次數(shù)與成本的兩難,。盡管在測試測量算法,、總線速度和CPU速度上的提高減少了測試次數(shù)，但仍需要進(jìn)一步改善以應(yīng)對不斷復(fù)雜化的射頻測試應(yīng)用,。

在商用現(xiàn)成的射頻測試儀器中增加現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的使用,，可以滿足對于速度和靈活性的需求。在高層中,，F(xiàn)PGA是可編程的硅芯片,，可以通過軟件開發(fā)環(huán)境的配置來實現(xiàn)自定義硬件功能。雖然在射頻儀器中使用FPGA是一個很好的創(chuàng)舉,，但通常這些FPGA密閉且功能固定,，只能用于特定的目的，允許自定制的范圍很小,。這正體現(xiàn)了用戶可編程的FPGA相較于封閉,、固定特性FPGA的顯著優(yōu)勢。借助于用戶可編程的FPGA,，您可以自定制射頻儀器直至管腳,，讓它能夠滿足您的特定應(yīng)用需求。

矢量信號收發(fā)儀（VST）是一類全新的儀器,，它結(jié)合了矢量信號分析儀(VSA),、矢量信號發(fā)生器(VSG)與基于FPGA的實時信號處理和控制。NI的全球首臺VST還擁有用戶可編程FPGA,，它允許自定義算法直接用于儀器的硬件設(shè)計,。這種軟件設(shè)計的方法讓VST擁有了軟件定義無線電(SDR)架構(gòu)的靈活性以及射頻儀器的高性能。圖1（下圖）展現(xiàn)了傳統(tǒng)射頻儀器和VST軟件設(shè)計方法之間的差異,。

圖1. VST軟件設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法的對比,。

NI VST: 基于LabVIEW FPGA和NI RIO構(gòu)架

NI LabVIEW FPGA模塊擴(kuò)展了LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計軟件，以便在NI可重配置I / O（RIO）硬件上應(yīng)用FPGA,，NI VST便是其中之一,。由于LabVIEW能夠清楚地表現(xiàn)并行架構(gòu)和數(shù)據(jù)流,，非常適用于FPGA程序的編寫，所以用戶不論有沒有傳統(tǒng)FPGA設(shè)計的經(jīng)驗都能高效運用可重新配置硬件的功能,。作為系統(tǒng)設(shè)計軟件,，LabVIEW能夠混合處理FPGA和微處理器（在PC環(huán)境中）上的數(shù)據(jù)，因而用戶無需擁有淵博的計算架構(gòu)和數(shù)據(jù)處理知識即可實現(xiàn),這點對于現(xiàn)代通信測試系統(tǒng)的裝配尤其重要,。

NI VST軟件基于強(qiáng)大的LabVIEW FPGA與NI RIO架構(gòu),，并擁有眾多針對客戶應(yīng)用的初始功能，包括應(yīng)用IP,、參考設(shè)計,、范例和LabVIEW范例項目。這些初始功能包含了所有默認(rèn)的LabVIEW FPGA特性和預(yù)構(gòu)建的FPGA位文件,，以幫助用戶快速上手,。若沒有這些現(xiàn)成的功能，以及高效的LabVIEW,、精心設(shè)計的應(yīng)用/固件架構(gòu),，VST軟件設(shè)計的特性將會是各類用戶不小的挑戰(zhàn)，因此正是這些特性將前所未有的高水平定制帶向了高端儀器,。

改進(jìn)傳統(tǒng)射頻測試

NI VST不僅具備快速的測量速度和小巧的生產(chǎn)測試儀器組成結(jié)構(gòu),，同時還擁有研發(fā)級箱型儀器的靈活性和高性能。VST因此可以用來測試各種標(biāo)準(zhǔn),，如802.11ac,，5.8 GHz下其誤差矢量幅度(EVM)優(yōu)于-45 dB（0.5％）。此外,，傳輸,、接收、基帶I/ Q以及數(shù)字輸入輸出都擁有共同的用戶可編程FPGA,，使得VST遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的箱型儀器,。

數(shù)據(jù)壓縮就是一個典型的例子，截取,、信道化、平均以及其它自定義算法允許FPGA執(zhí)行計算強(qiáng)度大的任務(wù),。通過減少必要的數(shù)據(jù)吞吐量和主機(jī)上的處理負(fù)載,，可縮短測量時間且增加平均，給予用戶更大的測量信心,。其它基于FPGA,、用戶定義的算法的范例還包括自定制觸發(fā)、FFT發(fā)動機(jī),、噪音校正,、內(nèi)聯(lián)濾波,、變時滯、功率級伺服等等,。

軟件設(shè)計儀器,，如VST，還可以縮小設(shè)計和測試之間的差異,，讓測試工程師可在設(shè)計完成之前集成或驗證設(shè)計的各個方面,，同時允許設(shè)計工程師使用儀器級硬件，將他們的算法原型化并在設(shè)計早期流程中評估設(shè)計,。

范例： 基于FPGA的DUT控制和測試序列

除了射頻接收器和發(fā)送器的基帶I/Q數(shù)據(jù),，PXI VST還具有高速數(shù)字I / O，可直接連接到用戶可編程的FPGA,。這使用戶能夠執(zhí)行自定制數(shù)字協(xié)議,，控制待測設(shè)備（DUT），大幅減少測試次數(shù),。查看圖2中的范例,。 除此之外，測試序列可在FPGA上執(zhí)行,，允許DUT通過實時測試改變狀態(tài)和序列,。

圖2. VST靈活的數(shù)字I / O功能可以控制射頻收發(fā)器的狀態(tài)。

范例： 功率放大器測試的功率級伺服

功率放大器（PA）重要的一點是包含預(yù)期輸出功率,，甚至超出其線性工作模式,。為了準(zhǔn)確地校準(zhǔn)PA，其采用了功率級的伺服反饋循環(huán)來確定最終的增益,。 功率級伺服通過分析儀捕捉當(dāng)前的電流輸出功率,，并控制發(fā)電機(jī)的功率級別，直至獲得所需的功率,，這是一個相當(dāng)耗時的過程,。 簡單來說，它使用比例控制循環(huán),，在功率級別上來回擺動,，直至輸出功率級和所需的匯合。VST適用于功率級伺服,，因為進(jìn)程可直接在用戶可編程FPGA上實現(xiàn),，從而更快地達(dá)到所需的輸出功率值（見圖3）。

圖3.在PA測試中,，功率級伺服上使用VST可更快地達(dá)到所需的輸出功率值,。

其它射頻應(yīng)用

VST不僅僅是快速靈活的矢量信號分析儀以及矢量信號發(fā)生器。VST的射頻接收器、射頻發(fā)送器,，以及用戶可編程的FPGA使其能夠超越傳統(tǒng)的VSA/ VSG模式,。 例如，VST可由用戶完全重新構(gòu)建,，來執(zhí)行其它復(fù)雜的射頻應(yīng)用處理,，例如將新的射頻協(xié)議原型化，實現(xiàn)軟件定義的無線電,，以及信道間的仿真,。

范例：MIMO射頻信號的無線電通道仿真器

近年來，多輸入多輸出（MIMO）射頻技術(shù)進(jìn)步顯著,，尤其是在移動電話和無線標(biāo)準(zhǔn)方面,。除此之外，射頻調(diào)制方法日趨復(fù)雜,，射頻帶寬不斷增加,，射頻頻譜正變得越來越為擁擠。隨著技術(shù)的進(jìn)步,，在靜態(tài)的環(huán)境中測試無線設(shè)備相當(dāng)重要,，但了解這些設(shè)備在動態(tài)現(xiàn)實世界中的行為也同等重要。

無線信道仿真器是一種可在真實世界中測試無線通信的工具,。衰退模式可用來仿真空氣的干擾,、反射、移動的用戶以及其它阻礙物理無線環(huán)境中的射頻信號的自然現(xiàn)象,。在FPGA上對這些數(shù)學(xué)衰退模式編程,，VST可實現(xiàn)實時無線通道仿真器。下面的圖4為LabVIEW環(huán)境下的兩臺VST實現(xiàn)2x2 MIMO無線通道仿真器,。衰退模式的設(shè)置顯示在屏幕的左側(cè)和中心,。通過頻譜分析儀捕捉衰退模式發(fā)出的射頻輸出信號，并顯示在右邊,。這些頻譜圖清楚顯示了因衰退模式產(chǎn)生的頻譜零點,。

圖4.范例LabVIEW前面板上顯示了使用兩臺VST實現(xiàn)MIMO信道仿真的效果。

軟件設(shè)計儀器的多種可能性

VST的誕生引領(lǐng)了一類新的儀器,，它們并非供應(yīng)商提前設(shè)定好的儀器,，而是經(jīng)過軟件設(shè)計，完全針對用戶的自身需求進(jìn)行應(yīng)用,。 隨著射頻DUT變得更加復(fù)雜,，對于上市時間的要求越來越高，儀器的功能水平又掌握在了射頻設(shè)計師和測試工程師的手中,。 本文中的范例只不過是VST眾多功能中極小的一部分,。 想要知道“什么是矢量信號收發(fā)儀,？”,，您先必須回答：“你需要解決何種測量和控制問題,？” 精確的射頻發(fā)送器、射頻接收器以及數(shù)字I / O可靈活連接至用戶可編程的FPGA,，VST因而能夠從容應(yīng)對各方面的挑戰(zhàn),。

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